ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.09.2021
Просмотров: 8179
Скачиваний: 57
Энергия және көміртегі көзі ретінде глюкоза немесе басқа гексоздарды пайдаланғанда тотығудың бастапқы этаптары тотығатын түрінде де, ашыту түрінде де ортақ болып келеді. Бұған глюкозаны пируватқа айналдыру жатады.
Тотығу метаболизмі.
Тотығу метаболизміне қабілетті бактериялар энергияны тыныс алу жолымен алады.
Тыныс алу – тотығу кезінде фосфорилденіп орайласқан тотығу–тотықсыздану реакцияларынан энергия алу, бұл кезде электрондардың донорлары органикалық (органотрофтарда) және бейорганикалық (литотрофтарда) қосылыстар, ал акцепторлары – тек қана бейорганикалық қосылыстар бола алады.
Тотығу метаболизмі бар бактерияларда электрондар немесе сутегі –Н+ акцепторы молекулалық оттегі болып табылады. Бұл жағдайда пируват С2 дейін толық тотығады. Биосинтетикалық процестер және сутек атомдары үшкарбондар циклы негізін салушыны жеткізіп беруші қызметін атқарады, ал оның барлығын молекулалық оттегіге күрделі мультиферментті жүйесі бар – тыныстық тізбек айналдырады. Бактериялардың тыныстық тізбегі ЦПМ-да және жасуша ішілік мембраналық құрлымдарда орналасады.
Тыныс алу тізбегіндегі АТФ-тың құрылуы хемоосмостық процеспен байланысты. ЦПМ-дағы тасымалдаушылардың ерекше бағытталуы сутегінің ішкі мембранадан сыртқы беткейіне беріліп, соның нәтижесінде мембраналық потенциалда байқалатын сутегі атомдарының градиенттері құрылады. Мембраналық потенциалдың энергиясы АТФазамен мембранаға шоғырланған АТФ-тың синтезделуіне жұмсалады.
Прокариоттар көміртегіден басқа да органикалық қосылыстарды, атап айтқанда ақуыздарды, СО2 және Н2О-ға дейін толық тотықтырып энергия көзі ретінде пайдалана алады.
Аминқышқылдары мен ақуыздар да энергетикалық ресурстар ретінде іске асырылуы мүмкін. Оларды пайдалану бірінші кезекте дайындық сипаттағы тиісті ферменттік өзгерістермен байланысты. Алдымен ақуыздар жасуша сыртында протеолиттік ферменттермен пептидтерге дейін ыдыратылады, оларды жасуша жұтып алып, жасушаішілік пептидазалар аминқышқылдарына дейін ыдыратады.
Аммонификациялау процесі «шіру» процесі ретінде де белгілі, бұл кезде жағымсыз спецификалық иісі бар, біріншілік аминдер құрайтын заттар жинақталады.
Шіріктік бактериялар ақуыздың СО2, NH3, H2S-ке дейін минерализациялануын жүзеге асырады. Шіріктік бактерияларға Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus жатады.
Ашыту (ферменттік) метаболизмі.
Ферментация немесе ашыту – субстраттан бөлініп алынған сутегіні органикалық қосылыстарға тасымалдау кезінде энергия алу процесі.
Ашыту процесіне оттегі қатыспайды. Тотыққан органикалық қосылыстар ортаға бөлініп жинақталады. Көмірсулар, аминқышқылдары (ароматталғаннан басқа), пуриндер, пиримидиндер, көпатомды спирттер ферменттенеді. Ароматикалық көмірсулар, стероидтар, каротиноидтар, майлы қышқылдар аши алмайды. Бұл заттар тек қана оттегі бар ортада ғана ыдырап тотыға алады, ал анаэробты жағдайда бұлар тұрақты. Қышқылдар, газдар, спирттер ашыту өнімдері болып табылады.
Спирттік ашыту. Негізінен ашытқы саңырауқұлақтарда кездеседі. Соңғы өнімі – этанол мен СО2. Глюкозаның ашытылуы ФДФ-жолмен анаэробты жағдайда өтеді. Оттегі түсе бастаған жағдайда ашыту процесі әлсіреп, тыныға бастайды. Спирттік ашытуды оттегімен басуды Пастер эффектісі деп атайды.
Спирттік ашыту тамақ өндірісінде (нан жабуда, шарап жасауда) қолданылады.
Сүтқышқылды ашыту. Сүтқышқылды ашытудың екі түрін ажыратады: гомоферменттік және гетероферменттік.
Гомоферменттік түрінде глюкозаны ыдырату ФДФ-жолмен жасалынады. Гомоферменттік сүтқышқылды ыдырату S. pyogenes, E.faecalis, S. salivarius кейбір Lactobacillus-тің (l. dulgaricus, L.lactis) қатысуымен өтеді.
Гетероферменттік сүтқышқылды ашыту ФДФ-жолдарының альдолаза және триозофосфатизомераза ферменттері жоқ бактерияларда болады. Глюкозаның ыдырауы ПФ-жолымен өтіп фосфоглицеринді альдегид түзіледі, содан кейін ол ФДФ-жолдары бойынша пируватқа айналып, соңынан лактатқа тотықсызданады. Ашытудың бұл түрінің қосымша өнімдері этанол мен сірке қышқылы болады. Гетероферментті сүтқышқылды ашыту Lactobacillus және Bifidobacterium тұқымдастығының өкілдерінде кездеседі.
Сүт қышқылды бактериаларды сүт өндірістерінде түрлі ашыған өнімдерді алуға және де антибиотиктер дайындауға кеңінен пайдаланады.
Құмырсқақышқылды (аралас) ашыту. Enterobacteriaceae және Vibriоnaceae туыстастарының өкілдерінде кездеседі. Глюкоза ФДФ-жолдарымен, ал глюконат КДФГ-жолдарымен ыдырайды.
Анаэробты жағдайда бөлінетін ашыту өнімдеріне байланысты процестің екі түрін ажыратады:
1. Бір жағдайда пируват ыдырау нәтижесінде ацетилкофермент және құмырсқа қышқылы бөлініп, ал ол өз кезегінде көміртегінің қосқышқылы мен молекулалық сутегіне ыдырауы мүмкін. Тізбекті реакцияның арқасында түзілетін ашытудың басқа өнімдері этанол, янтар және сүтқышқылы болып табылады. Көп мөлшерде қышқыл түзілгенін күшті қышқылды ортада түсін өзгертетін индикатор метил-рот көмегімен анықтауға болады.
2. Ашытудың басқа түрінде бірқатар қышқылдар түзіледі, бірақ ең басты өнімдер ацетоин және 2,3-бутандиол болып табылады. Ацетоин пируваттың екі молекуласынан құрылып, соңынан екі есе декарбоксилденеді. Тотыққан кезде ацетоиннан 2,3-бутандиол түзіледі. Осы заттар ά-нафтолмен сілтілі ортада әрекеттескен кезде бурыл түс береді, бұл құбылысты бактерияларды идентификациялауда қолданылатын Фогес-Проскауер реакциясын қою арқылы анықтайды.
Майқышқылды ашыту. Май қышқылы, бутанол, ацетон, изопропанол, және бірқатар органикалық қышқылдар, атап айтқанда сірке, капрон, валериан, пальмитин қышқылдары қант ыдыратқыш қатаң анаэробтардың көміртегіні ашыту өнімдері болып табылады. Осы қышқылдар спектрі анаэробтарды идентификациялауда сұйықгазды хромотография көмегімен экспресс-әдіс ретінде қолданылады.
Ақуыздардың ферменттелуі. Егер ашыту зат алмасуы бар бактериялар үшін энергия көзі ақуыздар болса, бұндай бактерияларды пептолитикалық деп атайды. Клостридиялардың кей түрлері пептолитикалық болып табылады, ол: C. histolyticum, C. botulinum. Пептолитикалық бактериялар ақуыздарды гидролиздеп, аминқышқылдарды ашытады.Көптеген аминқышқылдар басқалармен қосылып ашиды, бұл кезде кейбіреулері донор орнында болса, ал басқалары – сутегі акцепторлары болады. Донор-аминқышқылы кетоқышқылға дезаминделіп тотықтық декарбоксилдену нәтижесінде май қышқылына айналады.
Анаэробтық тыныс алу. Кейбір бактериялар сутегінің ақырғы акцепторы ретінде нитратты пайдалану қабілетіне ие. Нитратты тотықсыздандыру екі жолмен өтеді:
1. Аммонификация кезінде нитрат аммиакқа айналады;
2. Денитрификация кезінде нитраттың тотықсыздануы молекулалық азот немесе азоттың ашытқысына дейін жүреді.Бұл процесс нитратредуктаза ферментімен байланысты.
Cульфаттық тыныс алу. Анаэробты тыныс алуда сульфатты сутегінің соңғы акцепторы ретінде қолдануға тек қана екі топқа жататын бактериялар қабілетті: Desulfovibrio, Desulfotomaculum. Бұл бактериялар қатаң анаэробтар болып табылады, олар донор ретінде молекулалық сутегіні қолданады, сол себептен оларды хемолитотрофтарға жатқызады. Бұл бактериялар табиғатта күкіртті сутегіні түзуде жетекші орын алады.
3.1.6. Бактериялардың оттегіге қатынасы.
Табиғатта кеңінен тараған оттегі бос және байланысқан күйде кездеседі. Ол жасушада, сутегі мен органикалық қосылыстармен байланысқан күйде кездеседі. Ол атмосферада бос молекулярлы күйде кездесіп, жалпы көлемнің 21% үлесін құрайды.
Оттегіге деген қатысы бойынша және энергия алу барысында оттегіні қолдануларына байланысты микроорганизмдер 3 топқа бөлінеді: облигатты (нағыз) аэробтар, облигатты анаэробтар, факультативті анаэробтар.
Облигатты аэробтар. Өсуі және көбеюі тек қана оттегі болған жағдайда өтеді. Оттегі оттегілік тыныс алу жолымен энергия алу үшін қолданылады.
Энергияны оксидативтік зат алмасу кезінде алады, цитохромоксидаза катализдейтін реакцияларда оттегіні терминальды акцептор ретінде пайдаланады.
Облигатты аэробтарды ауа атмосферасындағы парциалды қысымда өсетін қатаң аэробтар және төмен парциальды қысымда өсетін микроаэрофилдер деп бөледі.
Бұл микроаэрофилдердің күшті тотықтырғыштармен жанасқанда белсенділігі жойылатын кейбір ферменттерінің (мысалы гидрогеназа ферменті) болуымен байланысты төмен парциалдық қысымда ғана олардың ферменттік белсенділіктері артады.
Облигатты анаэробтар.Энергияны алу үшін оттегіні қолданбайды. Зат алмасу оларда –ашыту арқылы жүреді. Екі түрінде ғана сульфатты тыныс алу бар, олар хемолитотрофтарға жататын Desulfovibrio, Desulfotomaculum. Облигатты анаэробтар екі топқа бөлінеді: қатаң анаэробтар және аэротолеранттылар.
Қатаң анаэробтарға молекулалық оттегі улы болады, ол микроорганизмдерді өлтіреді немесе өсуін тежейді.
Қатаң анаэробтар энергияны майқышқылды ашыту жолымен алады. Қатаң анаэробтарға мысалы кейбір клостридиялар (C. botulinum, C tetani), бактероидтар жатады.
Аэротолерантты микроорганизмдер энергия алуда оттегіні қолданбайды, бірақ оттегі бар ортада тіршілік ете алады. Бұл топқа гетероферменттік сүтқышқылды ашыту жолымен энергия алатын сүтқышқылды бактериялар жатады.
Факультативті анаэробтар. Оттегі бар әрі оттегі жоқ ортада да өсіп-өнуге қабілетті. Оларда зат алмасудың аралас түрі бар. Энергияны алу процесі оттегімен тыныстану кезінде оттегіні пайдалану арқылы, ал оттегі жоқ жерде ашытуға көшу арқылы энергия алуға қабілетті. Бактериялардың бұл тобына анаэробты нитратты тыныс алу тән.
Микроорганизмдердің оттегіге түрлі физиологиялық қатынасы оттегі атмосферасында тіршілік етуге мүмкіндік беретін ферменттік жүйелерінің болуымен байланысты. Оттегі атмосферасында өтетін тотығу процестері кезінде, флавопротеидтер тотыққанда түрлі улы заттар: сутектің асқын тотығы және оттегінің ашып кеткен радикалы, қосақталмаған электроны бар қосындылар түзілетіндігін атап өткен жөн. Бұл қосындылар қанықпаған май қышқылдарының және ақуыздардың SH- тобының асқынтотықтануын қоздырады.
Оттегінің улы әсерін бейтараптау үшін, ондай атмосферада тіршілік ете алатын микроорганизмдердің қорғаныс механизмдері болады. Бұндай бактерияларда сутектің асқын тотығы каталаза ферментімен су және молекулалық оттегіге ыдыратылады.
Қатаң анаэробтарда каталаза да, пероксидаза да болмайды. Бірақ көптеген қатаң анаэробтарда супероксиддисмутаза ферменті кездеседі. Осы ферменттің көмегімен олар оттегіге төзімді болады. Кейбір қатаң анаэробтар (Bacteroides, Fusobacterium) молекулалық оттегінің аз мөлшеріне де төзімсіз болады, ал Clostridium тұқымдастығының кейбір өкілдері оттегі атмосферасында тіршілік ете алады. Қатаң анаэробтарды дақылдандыру үшін атмосфералық оттегіні толық шығарып тастауға мүмкіндік беретін жағдайлар жасалынады: арнайы құралдарды қолдану, анаэростаттар мен анаэробты бокстар, қоректік орталарға оттегіні редукциялайтын заттар қосу, мысалы натридің тиогликолятын, немесе оттегіні сіңірушілерді пайдалану.
3.1.7. Бактериялардың өсуі мен көбею тәсілдері
Бактерияның өсуі деп, жасушаның барлық компоненттерінің бір мезгілде келісімді түрде ұлғаюын айтады. Жасушаның өсуі шексіз емес. Ең үлкен өсу деңгейіне жеткен кезде жасуша бөлінеді. Бактериялардың көпшілігі көлденеңінен екіге бөлінеді (4а, 4б- суреттер). Грамша оң боялатын бактериялардың көпшілігінде бөліну көлденең қалқаның шетінен ортасына қарай синтезделуі арқылы жүреді. Грамша теріс боялатын бактериялардың жасушаларының көпшілігінде көбею ортасынан тартылып, екіге бөліну арқылы жүреді.
Бактерия жасушасының бөлінуі, бактерияларда жартылай консервативті механизммен өтетін хромосоманың репликациялану циклі біткеннен соң біраз уақыттан кейін басталады. Бұл кезде хромосоманың ДНҚ-ның әр жіпшесі туынды ДНҚ үшін матрица ретінде пайдаланылады. Бактериалық хромосоманың репликация процесіне 20-дан астам ферменттер қатысады. Нативті бактериалдық ДНҚ екі спиралді болғандықтан, репликация алдында матрицалық ДНҚ-ның аналық тізбегі бөлінуі керек. Бұл процеске энергияны сіңіретін реакция кезінде қосарланған спиралді ажырататын хеликаза ферменті, қайта бұрамалануды болдырмайтын топоизомераза (гираза) ферменті қатысады. SSB-белогы біршынжырлы ДНҚ-мен байланысып, спиралдардың қайта қосарлануына жол бермейді. Соның нәтижесінде репликативтік айырша түзіледі, ДНҚ-ның жаңа тізбектерінің түзілуі ДНҚ-полимераза ферментімен жүзеге асырылады. ДНК-полимераза ДНҚ-ның жаңа тізбектерін жасауға (инициациялауға) қабілетті емес.
Бактериялардың ДНҚ репликациясы барлық ДНҚ екі еселенгенше жүреді. Репликация тек қана бір таңдаулы аймақта ғана басталады, ол аймақты origin (origin- ағыл. бастамасы) деп атайды, бұл жерде нуклеотидтер белгілі бір ретпен орналасады. Origin-де бір немесе екі репликативті айыршалар түзіле алады.
Қоректік ортаға бактерияларды енгізген кезде олар қажетті компоненттерінің бірі азайғанша өседі, сонан соң бактериялардың өсуі мен көбеюі тоқтайды. Егер осы уақыт аралығында ортаға қажетті қоректік заттарды енгізіп, ал зат алмасудың соңғы өнімдерін тазартып отырмаса, статикалық бактериялық дақыл алынады. Статикалық (периодикалық) дақыл өзін генетикалық өсуі шектелген, көп жасушалы организм секілді сезінеді. Егер көбею уақытына байланысты жасалынатын жасушалар санының тәуелділігін анықтау үшін, абсцисса өсіне уақытты салып, ал ордината өсіне жасушалар санын салып график құратын болса, өсу қисығы деп аталатын қисық сызық алынады.
Сұйық ортадағы бактериялардың өсу қисығы (10 - сурет). Осы қисық бойынша бірін-бірі белгілі бір дәйектілікпен алмастырып отыратын бірнеше фазаларды ажыратуға болады:
1. Бастапқы – лаг-фаза (ағыл. lag – қалып қою). Инокуляция (бактерияларды себу) мен көбею аралығындағы уақытты қамтиды. Бұл фаза ұзақтығы орташа 2-5 сағатқа созылады, қоректік ортаның құрамы мен себетін дақылдың жасына байланысты. Лаг-фаза кезінде бактерияларда дақылдандырудың жаңа жағдайларына бейімделу (адаптациялану) жүріп, индуцибельдік ферменттердің синтезделуі басталады.
2. Экспоненциалдық (логарифмдік) фаза. Жасушалардың тұрақты түрде максималдық жылдамдықпен бөлінуімен сипатталады. Бұл жылдамдық бактерия мен қоректік орта түріне байланысты болады. Бактериялардың арту уақыты генерациялану уақыты деп аталады, бұл уақыт бактерия түріне байланысты әртүрлі болады: Pseudomonas түріне жататын бактерияларда бұл уақыт 14мин, ал Mycobacterium түріне жататын бактерияларда 24 сағатқа тең. Экспоненциалдық фазада жасушалар көлемі мен құрамындағы ақуыздар саны бір қалыпта болады. Бактериялық дақыл бұл фазада стандартты жасушалардан тұрады.
3. Стационарлық фаза. Жасушалар саны көбеюді тоқтатқан кезде болады. Өсу жылдамдығы қоректік заттардың концентрациясына тәуелді болғандықтан, соңғылардың қоректік ортада азаюына байланысты өсу жылдамдығы да төмендейді. Өсу жылдамдығының азаюы бактерия жасушаларының тығыздануына, парциалдық қысымның төмендеуіне, зат алмасудың токсикалық өнімдерінің көбеюіне де байланысты болады. Стационарлық фазаның узақтығы бірнеше сағатқа созылады, ол бактерия түріне және оларды дақылдандыру ерекшеліктеріне байланысты болады.
4. Өлім фазасы. Зат алмасудың қышқыл өнімдерінің салдарынан немесе өзіндік ферменттердің аутолизінің нәтижесінде болады. Бұл фазаның ұзақтығы ондаған сағаттан бірнеше аптаға дейін созылуы мүмкін.